长输管道安全如何监测和维护
油气长输管道系统通球清管系统简介

用流体驱动清管通球器通过管道的过程称为清管作业。清管通球器(pig国外比喻成只会往前跑的动物猪)一词最初指的是由流体驱动的刮管器(Go-Devil scraper),这种刮管器由弹簧牵引的刮板驱动,用于刮除管道内壁上的沉积物。

一个完整的清管系统(图1)应包括:

  • 清管各种类型通球
  • 发射器
  • 接收器

图1:清管通球器、发射筒和接收筒

a.清管通球

清管的目的是什么?

  • 以较经济的成本,保证管道在安全和生产方面的可靠性
  • 为管道在指定压力下的运行提供一个确定的安全裕度
  • 及时提供管道的缺陷(腐蚀,变形等)信息,以便按照时间表进行维修

因此,清管通球器的作用主要有三个:

  • 隔离不同的输送产品(多批次成品油混输,中间隔离不同石油产品)
  • 清洁无用的沉积物和垃圾
  • 进行内部检查(检测椭圆化,褶皱,腐蚀,开裂等)

可以满足这些作用的清管通球器分为三类:

  • 通用清管通球器,用于执行清洁、分离或排水等功能
  • 凝胶清管通球器,与传统清管通球器联合使用,优化管道排水、清洗和干燥任务。
  • 在线检测清管通球器,它提供关于线路状况的信息,以及任何管道问题的范围和位置
  1. 通用清管通球器

通用清管通球器根据其基本用途可分为两组:

  • 清洗清管通球器:用于清除固体沉积物、清除半固态沉积物、清除残留物
  • 密封清管通球器:提供两个不同产品之间的隔绝、为清洗液体提供良好的密封

通用清管通球器按照形状可以分为:

  • 球形清管通球器(可充气的、实心的、泡沫的和水溶性材料)
  • 泡沫清管通球器
  • 芯轴清管通球器
  • 整体铸造清管通球器

图2:各种形状的通用清管通球器

 

b.凝胶清管通球器

凝胶清管通球器按照材质可以分为:

高粘度密封胶清管通球器、调试清洁凝胶清管通球器、聚合物凝胶清管通球器、残留物收集凝胶清管通球器、分离凝胶清管通球器、碳氢化合物的凝胶清管通球器、脱水凝胶清管通球器

凝胶清管通球器的主要应用为:

产品分离、残留物清除、脱水和干燥、从气相管道中去除凝结液、管线充填/水压试验、投放抑制剂和杀菌剂、特殊化学处理、清除卡住的其他清管通球器

c.在线检测清管通球器

在线检测清管通球器用于执行各种类型的任务,包括:

测量管径/几何尺寸、监测管道曲率、确定管道剖面、进行摄影检查、检测金属损耗/腐蚀、检测裂纹、测量石蜡沉积、检测泄漏、抽取产品样本、记录温度/压力

管道中存在几种可能导致故障的缺陷类型,主要有:

金属损失型、裂纹或类似裂纹的缺陷、分层和其他内部缺陷、几何形状异常型缺陷

具体可分为:

  • 金属损耗
  • 刨削沟槽
  • 凹坑和失稳起褶
  • 裂纹

其中:

  • 金属损耗(图3):

o管道操作人员通常使用MFL来检测由于腐蚀或刨削造成的金属损失。

o当MFL工具测量磁场的局部变化时,会发现金属的损耗。

  • 刨削沟槽(图3):

o刨削是机械地从管道表面的局部区域去除金属

o沟槽区域可能含有浅裂纹,这进一步降低了管道的承压能力

  • 凹坑和失稳起褶(图3):

o凹坑是管道表面的凹陷,而失稳起褶则是由于过度弯曲或压缩而导致管道局部屈曲

o当传感器与墙壁失去接触时,MFL工具会检测出凹坑和起褶

  • 裂纹(图3):

o管道中的裂纹是由于疲劳、应力腐蚀或焊接缺陷造成的

o当裂纹的方向明显影响缺陷周围的磁场时,MFL可以发现裂纹

图3:各种类型的缺陷

根据用途,在线智能检测清管通球器的分类见图4:

图4 在线检测清管通球器的分类及用途

根据作用原理,在线检测清管通球器可以分为磁力线型和超声型。

磁力线通清管通球器的发展历史:漏磁技术早在1868年就被英国造船学会采用; 1918年,磁粉检查意外发现磁性粒子;第一个MFL管道在线检测工具于1965年由Tub scope公司推出

MFL在线检测清管通球器工作原理(图5):

图5:漏磁技术

超声波智能清管通球器的发展历史:第一次在线检测——1980年;裂纹检查工具——1990;新一代超声波工具——2002

其特点是:它们在脉冲回波模式下工作, 脉冲重复率很高;垂直超声脉冲用来测量壁厚;45º超声脉冲用来检测裂缝

超声波在线检测清管通球器工作原理(图6):

图6:超声波在线检测

清管系统的清管压力:

2.发射和回收装置

为了实现通球任务,长输管道设计都是在两个站-站之间设置了通球设备,来实现通球目的。

清管通球器需要由专门的设备用以发射和回收,常见的形式如下:

图7 清管通球器发射系统

图8 清管通球器回收系统

综上,清管通球器的应用:

  • 管道施工中,清管通球器用于清除杂物、计量、清洗、注水、除水。
  • 在流体生产作业中,清管通球器用于清除石油管道中的石蜡,气体管道中的液体。
  • 清管通球器广泛用于管道检测,如管道壁厚测量、挠度检测和埋地管道检测等。
  • 清管还用于在管道内表面涂上阻垢剂,并在其他管道维护作业中提供耐压能力。

油气管道长输直埋和架空(传跨越)一般都是几千公里长,管道普遍采用高强钢弹性敷设,场站按石化化工规范设计。管道采用防腐涂层+阴极保护,管道采用通球检查方式进行维护和监视管道完整性。油气管道不仅设计,施工,材料要求严格,运行管道维护和检测一直在进行中,方能确保管道安全运行。

接下来,我们来看看长距离大口径供热直埋管道情况:

 

近年来,国内开始大量投资建设大热源区域供热管道长距离大口径供热管道系统。供热管道现在普遍采用聚氨酯保温管,工作管材采用Q235B或Q345等,靠外护PE防护外壁腐蚀,一旦外护破裂,管道外壁就处于腐蚀环境中,外壁开始腐蚀。按国外的设计习惯,供热管道普遍安装捡漏线并普遍采用保护软垫+柔性释放应力设计方式释放管道应力,减少外护破坏,检测管道泄露和外护破坏。目前国内基本都不安装捡漏线,普遍采用无补偿高应力设计不安装保护软垫,外护破坏很容易发生,腐蚀防护基本就是平天由命。供热管道系统不会设置通球收发设备,大口径长距离高温热水管道直埋敷设后,管道椭圆化,褶皱,腐蚀几乎没有检测和检查能力,都是靠冒白烟漏水后方能发现。

国内由于环保压力加大,对供热开始采用长距离电厂供热方式,不断加大热水输配管道规模和规格,大口径热水管道对用户影响范围变大,管道材料,设计,施工和运维都带来很多挑战,如果我们对比油气长输工程,您准备好了吗?

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